從傳統(tǒng)化工專業(yè)教育到新能源專業(yè)教育轉(zhuǎn)變的思考

葛武杰 馬先果 唐安江

摘 要：新能源專業(yè)是順應(yīng)新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的新形勢而開設(shè)的專業(yè)。與傳統(tǒng)的化工專業(yè)相比，新能源專業(yè)具有多學科交叉融合以及緊貼科學前沿等特點，新能源專業(yè)的教育模式也應(yīng)該與傳統(tǒng)化工專業(yè)教育有所區(qū)別。

關(guān)鍵詞：新能源專業(yè)；教育；教學模式

從能源的角度來看，傳統(tǒng)的化工專業(yè)教育是基于煤、石油和天然氣這三大能源為載體，而衍射出的多種化工相關(guān)過程和化學品加工工藝的分析和研究；而新能源專業(yè)教育是立足某些新形式的可再生能源，如風能、太陽能、水能、生物質(zhì)能和地熱能等，圍繞其開發(fā)和利用而展開的分析和研究。

1 開設(shè)新能源專業(yè)的必要性

能源一直是一個國家發(fā)展經(jīng)濟的重要保障。煤炭、石油等傳統(tǒng)的化石燃料在幫助國家經(jīng)濟快速發(fā)展的同時也帶來了許多災難性的問題。相對于傳統(tǒng)能源，以可再生和環(huán)保為特點的新能源逐步得到重視。新能源是借助新技術(shù)而開發(fā)利用的可再生能源，包括太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、氫能、潮汐能等。[1]發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)既是對整個能源供應(yīng)系統(tǒng)的補充，也是實現(xiàn)全球經(jīng)濟和環(huán)境生態(tài)化發(fā)展的重要措施。從全球范圍來看，能源市場正處于轉(zhuǎn)型期。2016年，全球煤炭消費減少了5300萬噸油當量，較2015年下降1.7%；除水電以外的可再生能源發(fā)電量增長了14.1%，成為有記錄以來的最大增幅。英國的煤炭消費甚至回落至兩百年前的水平，在2017年4月更是迎來了首個無煤發(fā)電日。在我國“十三五”發(fā)展規(guī)劃中也把新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列為重要發(fā)展方向。

在新能源產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的大背景下，新能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)科技人員和合格的產(chǎn)業(yè)工人需求量也隨之大幅上升，以及在“產(chǎn)學研相結(jié)合”的思路推動下，要做到產(chǎn)有所依，學有所用，各高校對新能源本科專業(yè)的開設(shè)和教育已刻不容緩，并且應(yīng)當成為重中之重。澳大利亞的新南威爾士大學在2000年開設(shè)了光伏與太陽能本科專業(yè)，2003年開設(shè)可再生能源工程專業(yè)，美國的俄勒岡州科技學院在2005年建立了可再生能源本科課程。[2]我國高校在新能源領(lǐng)域的教育培養(yǎng)方面起步較晚，2010年，經(jīng)教育部審批，在11所高校中首次開設(shè)了新能源科學與工程專業(yè)，截至2016年，開設(shè)該專業(yè)的院校數(shù)量已擴大至78所。新能源專業(yè)是各專業(yè)融合過程中出現(xiàn)的新事物，同時也是順應(yīng)時代發(fā)展的產(chǎn)物。

2 新能源專業(yè)的特點

2.1 多學科交叉融合

新能源專業(yè)課程的本科教育主要是培養(yǎng)學生具備新能源相關(guān)的基礎(chǔ)理論以及掌握相關(guān)的基本方法，為以后從事新能源領(lǐng)域工作建立良好的理論基礎(chǔ)。新能源專業(yè)的教材內(nèi)容豐富，涉及的領(lǐng)域跨度較大，包括了太陽能、風能、核能、生物質(zhì)能、氫能、電池等各種新型能源的研究開發(fā)與利用，涵蓋了材料化學、電子、固體物理學、機械、電化學、自動控制等多個基礎(chǔ)學科，是多種學科交叉融合的產(chǎn)物。[3]比如，講授燃料電池原理與關(guān)鍵技術(shù)時，就必須要涉及到材料的制備，材料的結(jié)構(gòu)缺陷化學，催化原理，催化劑的制備，氫氣的制備，氫氣的儲存和運輸，以及用碳氫化合物為燃料時的重整反應(yīng)，甚至還應(yīng)包含燃料電池汽車的控制、組裝和加氫站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2.2 緊跟科學前沿

目前，新能源的發(fā)展在全球范圍內(nèi)都處于一個黃金階段，各國對新能源的研發(fā)以及應(yīng)用方面都傾注了大量的心力。在新能源領(lǐng)域中，每年都有大量的最新研究成果，因此，新能源專業(yè)教育培養(yǎng)的教學教材和內(nèi)容也必須緊貼前沿發(fā)展，將最新的科研成果引入課堂，而不是一味地講授過時、淘汰的技術(shù)；讓學生掌握最新的行業(yè)動態(tài)，做到學有所用；要讓學生了解學科前沿，接觸社會實際問題，接受專業(yè)訓練，成為有學科使命感、創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才。比如儲能電池相關(guān)的教學課程，就應(yīng)該減少鎳氫、鎳鎘電池的學時數(shù)量，重點講述目前常用的鋰離子電池以及正在研發(fā)的全固態(tài)電池、鋰硫電池和鋰空電池的關(guān)鍵技術(shù)及存在問題。這些最前沿信息的介紹可以讓學生充分了解新能源行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在瓶頸，有助于豐富學生專業(yè)研究興趣以及為學生畢業(yè)后工作的選擇提供參考依據(jù)。

3 新能源專業(yè)教育的獨特模式

3.1 課程設(shè)置

與傳統(tǒng)化工專業(yè)不同，新能源專業(yè)涵蓋了多類新能源，而且每一類新能源對基礎(chǔ)知識的要求不同，再者受到本科教學課時的限制，導致某一所學校不可能涉獵到所有的新能源研究領(lǐng)域。因此，在該專業(yè)課程的設(shè)置方面，學校應(yīng)根據(jù)自身的特點以及地域的優(yōu)勢，選擇某幾個領(lǐng)域作為本科教學的重點，讓學生深度掌握，其他領(lǐng)域的課程可以考慮以導論的形式或者以選修課的形式講授。

從新能源行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展來看，由于新能源形式的不穩(wěn)定性，完全依靠單種形式的新能源無法保證企業(yè)的正常運轉(zhuǎn)。因此，本科高校在設(shè)置課程方面，可以以太陽能為主，兼顧水能、風能和生物質(zhì)能，注重幾種形式能源的有效互補。

3.2 教學方式

現(xiàn)在各高校普遍使用的是多媒體教學方式，在制作PPT課件時，應(yīng)精心準備相關(guān)的動畫視頻資料以及真實的場景圖片。如講授圓柱鋰離子電池與軟包鋰離子電池在安全控制方面的差別時，可以在電子課件中添加兩種電池在過熱、短路或過充等造成電池熱失控的情況下發(fā)生一系列變化的動畫視頻，這樣比單純文字性的描述更容易吸引學生的關(guān)注，并且還可以形象直觀地看到兩個電池對于熱失控的反應(yīng)，便于學生記憶和掌握；講解圓柱鋰離子電池制造過程時，可以加入制漿、涂布、烘干、卷繞等工藝的生產(chǎn)視頻。

此外，如今是“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，在這樣的時代下，知識獲取和教育傳授方式發(fā)生著革命性的變化。新能源專業(yè)的教育應(yīng)該借助互聯(lián)網(wǎng)，以互聯(lián)網(wǎng)為載體，改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式，充分培養(yǎng)學生的主動意識。例如，筆者將學生以每組3～5個人劃分為若干小組，提前一周將制作好的講授視頻、PPT課件以及教學大綱發(fā)送到班級交流群里，上課時隨機抽選某一組學生代表講述該課時內(nèi)容，教師與其他小組人員進行補充。通過這種方式，完全將學生轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂的主體，不再是教師唱獨角戲的模式。教師通過聆聽可以了解學生的盲點，有針對性的進行答疑講解，學生也可鍛煉文獻調(diào)研、歸納總結(jié)的能力以及表達和團隊協(xié)作能力。

3.3 實踐環(huán)節(jié)

工科類高校本科教育的目的更重要的是培養(yǎng)具有理論和實際經(jīng)驗相結(jié)合的應(yīng)用型人才，因此在培養(yǎng)方案中都會設(shè)置專業(yè)實踐課程，實行校企合作。傳統(tǒng)化工專業(yè)的實踐場所一般都會安排在大型化工廠內(nèi)。如筆者所在的學校安排化工專業(yè)的學生在貴州開磷集團實習，在這種現(xiàn)代化大型化工企業(yè)中，學生能夠接觸到礦業(yè)、磷化工、煤化工、氯堿化工、氟化工和硅化工等，在實踐中認知到所學的全部化工方面知識，可以做到基礎(chǔ)知識和實踐環(huán)節(jié)全面化的結(jié)合。而新能源專業(yè)在安排學生實踐環(huán)節(jié)面臨的難度較大。由于新能源專業(yè)的多元化特點，企業(yè)很難同時涉及多種新能源，甚至有些企業(yè)只是涉及到某種新能源開發(fā)利用過程中的個別環(huán)節(jié)。導致學生在實習過程中只能認知到所學專業(yè)中的一小部分內(nèi)容，缺乏全面、連貫性的產(chǎn)業(yè)鏈的認知。學校在新能源專業(yè)學生的培養(yǎng)過程中，應(yīng)該充分發(fā)揮實驗、畢業(yè)設(shè)計、科研項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、學科競賽等環(huán)節(jié)，多角度、全方位的培養(yǎng)學生對新能源專業(yè)的認知能力，將學生實踐能力的培養(yǎng)貫穿于整個在校學習過程當中。

其次，在實踐的方式中，應(yīng)順應(yīng)科技變革，建設(shè)各類新能源產(chǎn)業(yè)的仿真實驗室，做到虛實結(jié)合。

4 結(jié)語

新能源產(chǎn)業(yè)是順應(yīng)時代潮流的產(chǎn)物，并且是正在快速發(fā)展壯大的產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)的化工專業(yè)教育無法滿足新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才需求。雖然我國已經(jīng)構(gòu)建了新能源專業(yè)教育體系，但是面對新時代新形勢新要求，開設(shè)新能源專業(yè)的學校仍然存在一些普遍性的突出問題，也可以說是該專業(yè)建設(shè)的突出薄弱環(huán)節(jié)和重點難點問題。一是理念滯后，面對洶涌而來的新一輪世界范圍的科技產(chǎn)業(yè)變革，辦學理念仍然因循守舊，跟不上時代的步伐，模式和方法創(chuàng)新性不夠，內(nèi)容更新緩慢，滯后于時代的變革；二是投入不到位，包括領(lǐng)導、教師和學生的精力以及教育資源、資金投入的不到位；三是評價標準和政策機制的導向存在問題，評價系統(tǒng)不能充分對應(yīng)新工科的大背景。再者，由于與傳統(tǒng)化工專業(yè)教育差別較大，專業(yè)的課程設(shè)置和培養(yǎng)方案仍不成熟，比如，各大高校的研究生招生考試專業(yè)科目設(shè)置上大相徑庭。這些都需要繼續(xù)探索，不斷優(yōu)化，才能更好地為新能源產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)出優(yōu)秀的人才，為國家能源的可持續(xù)健康發(fā)展做出貢獻。

參考文獻：

[1]李為民，王龍耀，許娟，等.現(xiàn)代能源化工技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[2]韓新月，何志霞，王謙，等.新能源科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)探討[J].中國電力教育，2013（5）：9-11.

[3]徐志祥，王謙.關(guān)于新能源科學與工程專業(yè)的教學實踐的思考[J].課程教育研究，2017（22）：219-221.

作者簡介：葛武杰（1989-），男，山西運城人，博士，研究方向：儲能材料與器件。